樂(lè)高工程機(jī)械課件演講人：日期:目錄CATALOGUE認(rèn)識(shí)基礎(chǔ)零件核心機(jī)械結(jié)構(gòu)工程車輛搭建動(dòng)態(tài)功能實(shí)現(xiàn)機(jī)械原理實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新應(yīng)用拓展01認(rèn)識(shí)基礎(chǔ)零件機(jī)械連接件分類銷軸與軸套銷軸用于固定或連接機(jī)械臂、齒輪等部件，軸套則用于減少摩擦并延長(zhǎng)零件壽命，兩者常配合使用以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定傳動(dòng)。連桿與鉸鏈連桿通過(guò)鉸鏈連接形成可動(dòng)結(jié)構(gòu)，適用于模擬起重機(jī)、挖掘機(jī)等工程機(jī)械的關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)，需注意鉸鏈的靈活性與承重能力?？叟c插槽卡扣用于快速固定板材或框架，插槽則提供模塊化組裝的可能，需確保卡扣的咬合強(qiáng)度以避免結(jié)構(gòu)松散。傳動(dòng)結(jié)構(gòu)組件齒輪組包括直齒輪、錐齒輪和蝸桿齒輪，用于改變轉(zhuǎn)速或扭矩方向，需根據(jù)傳動(dòng)比需求選擇齒數(shù)和模數(shù)匹配的齒輪組合。鏈條與履帶皮帶輪通過(guò)橡膠帶傳遞動(dòng)力，噪音低但易打滑；滑輪常用于改變繩索方向，需搭配高強(qiáng)度繩索使用。鏈條適用于長(zhǎng)距離動(dòng)力傳輸，履帶則用于模擬工程車輛的移動(dòng)底盤，需定期檢查鏈條張緊度以防脫節(jié)。皮帶輪與滑輪拆件器用于測(cè)試齒輪組或軸承的旋轉(zhuǎn)阻力，確保傳動(dòng)系統(tǒng)在合理負(fù)載范圍內(nèi)運(yùn)行，防止過(guò)載損壞。扭矩測(cè)量?jī)x校準(zhǔn)尺測(cè)量零件間距或軸心對(duì)齊度，保證機(jī)械結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性和穩(wěn)定性，是精密組裝的關(guān)鍵工具。用于分離緊密咬合的零件，其楔形設(shè)計(jì)可避免暴力拆卸導(dǎo)致的零件損傷，尤其適用于拆除銷軸或卡扣。專用工具介紹02核心機(jī)械結(jié)構(gòu)齒輪傳動(dòng)原理通過(guò)不同齒數(shù)的齒輪組合實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速與扭矩的轉(zhuǎn)換，大齒輪驅(qū)動(dòng)小齒輪可提高轉(zhuǎn)速但降低扭矩，反之則增加扭矩但降低轉(zhuǎn)速，需根據(jù)機(jī)械需求精確設(shè)計(jì)傳動(dòng)比。齒輪嚙合與速比計(jì)算直齒輪適用于平行軸傳動(dòng)，錐齒輪用于交叉軸動(dòng)力傳遞，蝸輪蝸桿組合可實(shí)現(xiàn)大減速比和自鎖功能，需根據(jù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性選擇合適類型。齒輪類型與功能差異減少齒輪間隙可降低能量損耗，使用潤(rùn)滑劑或尼龍材質(zhì)齒輪能減少摩擦噪音，同時(shí)需避免過(guò)載導(dǎo)致的齒面磨損問(wèn)題。傳動(dòng)效率優(yōu)化第一類杠桿（支點(diǎn)居中）如蹺蹺板平衡力距，第二類杠桿（阻力居中）如手推車放大作用力，第三類杠桿（動(dòng)力居中）如鑷子犧牲力效換取精度，需根據(jù)任務(wù)需求選擇杠桿類型。杠桿與支點(diǎn)應(yīng)用三類杠桿的力學(xué)特性支點(diǎn)靠近阻力端可顯著放大輸出力但縮短位移距離，適用于重物提升；支點(diǎn)靠近動(dòng)力端則實(shí)現(xiàn)快速小范圍動(dòng)作，常用于精密控制場(chǎng)景。支點(diǎn)位置與機(jī)械增益通過(guò)串聯(lián)多級(jí)杠桿實(shí)現(xiàn)力效疊加，例如起重機(jī)臂結(jié)合液壓桿，需計(jì)算各節(jié)點(diǎn)力矩平衡以防止結(jié)構(gòu)變形或失效。復(fù)合杠桿系統(tǒng)設(shè)計(jì)動(dòng)力轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)02

03

多動(dòng)力源協(xié)同控制01

旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)與直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換通過(guò)離合齒輪或差速器分配電機(jī)與手動(dòng)輸入動(dòng)力，實(shí)現(xiàn)混合驅(qū)動(dòng)模式，需設(shè)計(jì)切換機(jī)構(gòu)避免動(dòng)力沖突導(dǎo)致零件損壞。能量存儲(chǔ)與釋放機(jī)制彈性勢(shì)能（橡皮筋動(dòng)力）適用于間歇性爆發(fā)動(dòng)作，飛輪儲(chǔ)能可穩(wěn)定轉(zhuǎn)速波動(dòng)，需匹配負(fù)載慣性以實(shí)現(xiàn)高效能量傳遞。采用齒條齒輪機(jī)構(gòu)將電機(jī)旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化為推桿直線運(yùn)動(dòng)，或使用曲柄滑塊機(jī)構(gòu)模擬活塞往復(fù)動(dòng)作，需注意運(yùn)動(dòng)軌跡平滑度與死點(diǎn)規(guī)避。03工程車輛搭建起重機(jī)臂結(jié)構(gòu)伸縮式臂架設(shè)計(jì)采用高強(qiáng)度合金鋼材質(zhì)，通過(guò)液壓缸實(shí)現(xiàn)多節(jié)臂架的同步伸縮，確保起重作業(yè)時(shí)的穩(wěn)定性和負(fù)載能力，同時(shí)優(yōu)化折疊收納空間以適應(yīng)不同工況需求。配重系統(tǒng)集成在臂架基座后方安裝模塊化配重塊，根據(jù)吊載重量動(dòng)態(tài)調(diào)整配重比例，防止作業(yè)時(shí)發(fā)生傾覆風(fēng)險(xiǎn)，并通過(guò)電子傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)重心偏移數(shù)據(jù)。變幅機(jī)構(gòu)配置通過(guò)鉸接式變幅油缸與平衡閥組配合，實(shí)現(xiàn)臂架仰角的精確控制，支持0°至80°范圍內(nèi)的無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)，滿足高空吊裝和近距離搬運(yùn)的靈活切換。挖掘機(jī)底盤設(shè)計(jì)履帶行走系統(tǒng)采用錳鋼鑄造履帶板與橡膠緩沖墊組合結(jié)構(gòu)，既保證硬質(zhì)地面抓地力又降低對(duì)鋪裝路面的磨損，配備獨(dú)立液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)零半徑轉(zhuǎn)向功能?；剞D(zhuǎn)平臺(tái)構(gòu)造配置360°連續(xù)回轉(zhuǎn)的交叉滾柱軸承，平臺(tái)上部與下車架通過(guò)高壓潤(rùn)滑密封環(huán)連接，確保長(zhǎng)時(shí)間旋轉(zhuǎn)作業(yè)時(shí)的穩(wěn)定性和防塵防水性能。液壓支腿布局在底盤四角安裝可伸縮液壓支腿，作業(yè)時(shí)自動(dòng)調(diào)平并分散接地壓力，支腿末端加裝壓力傳感器與駕駛室顯示器聯(lián)動(dòng)，實(shí)時(shí)反饋地面承重狀態(tài)。裝載機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)采用三級(jí)渦輪變矩器與行星齒輪變速箱組合，實(shí)現(xiàn)0-40km/h無(wú)級(jí)變速，在重載工況下自動(dòng)增大扭矩輸出比例，減少發(fā)動(dòng)機(jī)功率損耗。液力變矩器匹配通過(guò)中央差速鎖和輪間限滑差速器的協(xié)同控制，確保四個(gè)驅(qū)動(dòng)輪始終獲得最佳動(dòng)力分配，在松散砂石或泥濘路面保持最大牽引力。全時(shí)四驅(qū)分配駕駛室操作桿連接先導(dǎo)比例閥組，將微動(dòng)操作信號(hào)轉(zhuǎn)化為精確的液壓流量控制，實(shí)現(xiàn)鏟斗舉升/傾斜和轉(zhuǎn)向動(dòng)作的毫米級(jí)精度調(diào)節(jié)。先導(dǎo)液壓控制04動(dòng)態(tài)功能實(shí)現(xiàn)電機(jī)選型與扭矩匹配通過(guò)編程實(shí)現(xiàn)多個(gè)電機(jī)的同步或異步運(yùn)行，例如在起重機(jī)模型中協(xié)調(diào)旋轉(zhuǎn)電機(jī)與升降電機(jī)的動(dòng)作時(shí)序，提升復(fù)合動(dòng)作的精準(zhǔn)度。多電機(jī)協(xié)同控制能量管理與供電優(yōu)化設(shè)計(jì)合理的電池組布局與電路分配方案，采用穩(wěn)壓模塊減少電壓波動(dòng)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速的影響，延長(zhǎng)持續(xù)作業(yè)時(shí)間。根據(jù)機(jī)械結(jié)構(gòu)負(fù)載需求選擇合適功率的伺服電機(jī)或直流電機(jī)，確保輸出扭矩能夠驅(qū)動(dòng)齒輪組、連桿等傳動(dòng)部件平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)，同時(shí)避免因過(guò)載導(dǎo)致發(fā)熱或損壞。電機(jī)動(dòng)力配置遙控模塊集成基于藍(lán)牙或紅外技術(shù)搭建遙控系統(tǒng)，解析手柄按鍵信號(hào)并轉(zhuǎn)換為電機(jī)控制指令，確保低延遲傳輸與抗干擾能力。無(wú)線通信協(xié)議適配在遙控端集成LED指示燈或蜂鳴器，實(shí)時(shí)反饋電機(jī)狀態(tài)（如過(guò)載警告或電量不足提示），提升操作安全性。反饋機(jī)制設(shè)計(jì)為復(fù)雜機(jī)械模型（如挖掘機(jī)）分配獨(dú)立控制通道，實(shí)現(xiàn)臂架旋轉(zhuǎn)、鏟斗開(kāi)合等動(dòng)作的獨(dú)立操作，增強(qiáng)用戶交互體驗(yàn)。多通道信號(hào)分配通過(guò)超聲波傳感器檢測(cè)障礙物距離，自動(dòng)觸發(fā)電機(jī)減速或停止，避免機(jī)械臂碰撞；光敏傳感器可依據(jù)環(huán)境亮度調(diào)整車燈模塊的開(kāi)關(guān)。傳感器聯(lián)動(dòng)控制環(huán)境感知與自適應(yīng)調(diào)節(jié)利用陀螺儀或編碼器采集機(jī)械部件的實(shí)時(shí)位置數(shù)據(jù)，通過(guò)PID算法動(dòng)態(tài)修正電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)角度，確保抓取或移動(dòng)動(dòng)作的重復(fù)精度。動(dòng)作閉環(huán)校準(zhǔn)結(jié)合觸碰傳感器、顏色傳感器的輸入信號(hào)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化流程（如分揀機(jī)械臂根據(jù)顏色識(shí)別抓取目標(biāo)），展現(xiàn)智能化控制邏輯。多傳感器數(shù)據(jù)融合05機(jī)械原理實(shí)驗(yàn)扭矩測(cè)試方法通過(guò)固定杠桿臂長(zhǎng)度并施加標(biāo)準(zhǔn)砝碼載荷，利用力矩平衡公式計(jì)算扭矩值，需確保測(cè)試平臺(tái)水平且無(wú)摩擦干擾。靜態(tài)扭矩測(cè)量結(jié)合轉(zhuǎn)速傳感器與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)旋轉(zhuǎn)部件的扭矩波動(dòng)，適用于高速運(yùn)轉(zhuǎn)場(chǎng)景下的機(jī)械性能評(píng)估。動(dòng)態(tài)扭矩分析采用不同齒輪組或傳動(dòng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行平行測(cè)試，量化扭矩傳遞效率差異，為機(jī)械優(yōu)化提供數(shù)據(jù)支撐。對(duì)比實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)接觸面紋理改進(jìn)在機(jī)械爪表面增加防滑紋路或硅膠涂層，通過(guò)增大摩擦系數(shù)提升抓取穩(wěn)定性，尤其適用于光滑物體搬運(yùn)場(chǎng)景。多指協(xié)同控制設(shè)計(jì)三指或四指聯(lián)動(dòng)結(jié)構(gòu)，通過(guò)伺服電機(jī)精確調(diào)節(jié)各指節(jié)壓力分布，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜形狀物體的自適應(yīng)抓握。材料輕量化升級(jí)采用碳纖維增強(qiáng)尼龍構(gòu)件替代傳統(tǒng)塑料部件，在保證結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的同時(shí)降低慣性損耗，提高動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度。抓力強(qiáng)度優(yōu)化010203液壓模擬實(shí)驗(yàn)搭建封閉式液壓回路，通過(guò)改變活塞截面積比觀察壓力傳遞效果，直觀展示流體靜力學(xué)基本原理。帕斯卡定律驗(yàn)證在高壓工況下測(cè)量液壓油泄漏量，評(píng)估密封圈材質(zhì)與溝槽設(shè)計(jì)的匹配性，提出耐久性改進(jìn)方案。泄漏率檢測(cè)實(shí)驗(yàn)?zāi)M不同外部阻力下液壓缸的伸縮速度變化，分析泵站流量與系統(tǒng)壓力之間的動(dòng)態(tài)平衡關(guān)系。負(fù)載響應(yīng)測(cè)試06創(chuàng)新應(yīng)用拓展自動(dòng)化流水線設(shè)計(jì)多任務(wù)協(xié)同編程結(jié)合樂(lè)高EV3或SPIKEPrime編程平臺(tái)，設(shè)計(jì)多機(jī)械臂協(xié)同作業(yè)場(chǎng)景，如抓取、旋轉(zhuǎn)和放置動(dòng)作的同步執(zhí)行，培養(yǎng)學(xué)生復(fù)雜邏輯思維能力。模塊化傳輸系統(tǒng)搭建利用樂(lè)高機(jī)械組電機(jī)、傳送帶及傳感器組件，模擬工業(yè)流水線的分揀、運(yùn)輸和裝配流程，通過(guò)編程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制，提升學(xué)生對(duì)現(xiàn)代制造業(yè)的理解。故障診斷與優(yōu)化引入模擬信號(hào)中斷或機(jī)械卡頓問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)和程序調(diào)試解決故障，強(qiáng)化工程實(shí)踐中的問(wèn)題分析能力。橋梁承重結(jié)構(gòu)材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)對(duì)比樂(lè)高梁、銷軸、板件等不同組合的承重表現(xiàn)，分析桁架結(jié)構(gòu)、懸索橋和拱橋的力學(xué)特性，驗(yàn)證結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)分散壓力的影響。跨學(xué)科融合設(shè)計(jì)結(jié)合數(shù)學(xué)中的幾何比例和物理中的力矩原理，優(yōu)化橋梁跨度和支撐點(diǎn)分布，實(shí)現(xiàn)輕量化與高強(qiáng)度的平衡。在橋梁模型中添加移動(dòng)荷載（如樂(lè)高小車），觀察橋梁振動(dòng)與形變，探討動(dòng)態(tài)平衡與結(jié)構(gòu)加固方案。動(dòng)態(tài)負(fù)載測(cè)試安全施工場(chǎng)景模擬機(jī)械操作規(guī)范訓(xùn)練